靜電紡絲素基納米纖維支架的構(gòu)建及其性能.pdf

1、組織工程主要利用細(xì)胞支架材料進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，形成具有生物活性的種植體，體內(nèi)組織修復(fù)或重建后，支架材料最終降解。開(kāi)發(fā)功能性的細(xì)胞支架支架材料是組織工程研究的基礎(chǔ)，細(xì)胞外基質(zhì)主要由50-500nm纖維構(gòu)成，采用傳統(tǒng)紡絲方法難以獲得10um以下的纖維。因此，采用各種技術(shù)，利用天然或合成的高聚物制備納米纖維，對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行組成和結(jié)構(gòu)的仿生成為組織工程研究的熱點(diǎn)。目前，自組裝、相分裂和靜電紡絲法是構(gòu)建納米纖維支架的主要方法。與其它兩種方法相比，靜

2、電紡絲成本低、纖維長(zhǎng)、可獲得有取向的納米纖維并能控制機(jī)械性能和尺寸，因而適用范圍廣，其工業(yè)化前景廣闊。 作為蛋白質(zhì)高聚物，絲素一直受到生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域研究人員的關(guān)注，本課題研究目的是開(kāi)發(fā)絲素基納米纖維支架，應(yīng)用于組織工程。支架需具有良好的生物力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、高孔隙率和生物相容性，因此，將絲素與明膠共混靜電紡絲，提高絲素的可紡性和生物性能，然后再與PLA通過(guò)靜電紡絲法復(fù)合，獲得生物相容性好、尺寸穩(wěn)定性高和生物力學(xué)性能優(yōu)

3、良的復(fù)合纖維支架。 本課題首次利用紅外光譜、熱分析和掃描電鏡觀察并分析了絲素與明膠的相容性，進(jìn)行了絲素-明膠的共混靜電紡絲；然后研究了絲素-明膠纖維層與PLA復(fù)合的可行性，分析了其相互作用及其機(jī)理，隨之分層構(gòu)建了PLA/絲素-明膠復(fù)合納米纖維支架，并對(duì)其進(jìn)行了體內(nèi)外生物性能評(píng)價(jià)；最后，采用靜電紡絲法分層構(gòu)建了PLA/絲素-明膠管狀支架，以期應(yīng)用于組織工程血管中。 上述研究發(fā)現(xiàn)，絲素-明膠具有良好的相容性，最佳靜電紡工藝參

4、數(shù)為：絲素/明膠共混比70：30，質(zhì)量分?jǐn)?shù)11％，極距13cm，電壓22kV，纖維平均可直徑達(dá)到83．9nm，纖維的離散程度小，均勻性好；PLA靜電紡絲的最佳工藝參數(shù)為：質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％、電壓25kV、極距15cm、流量0．1ml/h，可獲得1342nm的PLA纖維。 絲素-明膠共混纖維膜的溶失率高，斷裂強(qiáng)度低，柔性差；經(jīng)乙醇處理60min后，共混纖維膜的相對(duì)強(qiáng)度和初始模量顯著增強(qiáng)。此外，纖維膜能夠支持人臍內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)，但處理后纖維

5、膜變脆，尺寸穩(wěn)定性差。PLA/絲素-明膠復(fù)合纖維膜既具有較高的斷裂強(qiáng)度（0．43-0．65 MPa），又具有良好的柔性（伸長(zhǎng)率為12．4-19．5％）。有機(jī)醇處理后其強(qiáng)度可達(dá)到1．98-1．51MPa，伸長(zhǎng)率為7．12-7．30％，比有機(jī)醇處理的絲素-明膠共混纖維膜伸長(zhǎng)率更高。PLA/絲素-明膠復(fù)合纖維膜的尺寸穩(wěn)定性好于絲素-明膠纖維膜，收縮率小，水溶性下降。PLA/絲素-明膠復(fù)合纖維膜中絲素-明膠層的孔隙率盡管比純絲素-明膠膜孔隙率低

6、，但仍具有較高的孔隙率，利于細(xì)胞的遷入和生長(zhǎng)。 PLA與絲素-明膠通過(guò)相互嵌合、物理吸附以及次價(jià)鍵作用形成界面，產(chǎn)生協(xié)同作用，抑制絲素-明膠纖維層收縮，提高尺寸穩(wěn)定性和柔韌性。PLA/絲素-明膠復(fù)合管狀支架斷裂強(qiáng)度為1．28-1．31MPa，伸長(zhǎng)率分別達(dá)到41．11％ （4．5mm）和37，5％（6mm）；爆破強(qiáng)度為110kPa，縫合強(qiáng)度超過(guò)1．0N/針，均達(dá)到血管移植標(biāo)準(zhǔn)。乙醇處理后的PLA/絲素-明膠復(fù)合管狀支架爆破強(qiáng)度已接

7、近人體隱靜脈抗內(nèi)壓能力，達(dá)到212．7 kPa（4．5mm）和198．6 kPa （6mm）。 絲素基復(fù)合納米纖維膜能夠支持3T3成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)與增殖，溶血率低于5％，不會(huì)造成溶血；短期皮下植入試驗(yàn)顯示三組靜電紡絲素基納米纖維膜周?chē)M織炎癥反應(yīng)輕微，未見(jiàn)明顯差異。綜合生物力學(xué)性能、溶失率和生物學(xué)性能，PLA/絲素-明膠（70：30）復(fù)合納米纖維膜更適合用作用細(xì)胞培養(yǎng)支架材料，由其形成的管狀支架在血管組織工程中具有良好的應(yīng)用前景。